一种Ru单原子催化剂及其热扩散法制备方法和在氯苯催化氧化去除中的应用

本发明属于化学催化剂合成及应用，具体涉及一种ru单原子催化剂及其热扩散法制备方法和在氯苯催化氧化去除中的应用。

背景技术：

1、大气环境中挥发性有机物（volatile organic compounds，vocs）作为一种典型的大气污染物，它不仅会破坏臭氧层，导致温室效应，也是灰霾和光化学烟雾的重要前驱体之一。其中氯代挥发性有机物(cvocs）毒性更高、更难降解，在较宽的温度区间（200-400℃）可以转变为二噁英，致更严重的疾病问题，例如癌症或者器官畸变，所以必须从源头上控制cvocs的排放。催化燃烧法由于其设备简单，易于操作，适用温度和目标污染物范围广等优势被广泛应用于企业气体污染物的集中排放治理。

2、在cvocs的催化燃烧中，催化剂的选择是关键因素。贵金属负载型催化剂具有反应活性高，低能耗的优势，但其价格昂贵，如将其以单原子分散的形式负载在载体上则可以在相同贵金属含量的情况下减少贵金属含量，降低催化剂成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种ru单原子催化剂及其热扩散法制备方法和在氯苯催化氧化去除中的应用。选择合适的催化剂载体ticeox，制备具有均一尺寸的ru纳米胶溶液（ru nps），将其浸渍负载在催化剂载体上后再在合适的温度加热，使纳米胶颗粒以单原子的形态重新分散形成单原子贵金属负载型催化剂ruticeox。

2、本发明由如下技术方案实现的：一种ru单原子催化剂ruticeox，所述ruticeox为贵金属ruox与催化剂组分ticeox双金属载体互相结合，ruox以原子级分散的状态负载于ticeox载体表面，ruox与载体形成弱交互作用；其中：ruox中x为2-3。

3、制备所述ru单原子催化剂ruticeox的方法，包括如下步骤：

4、（1）ticeox双金属载体的制备：3ml冰醋酸和40ml无水乙醇混合，加入0.02mol钛酸四丁酯剧烈搅拌15min，稀硝酸调节ph为4，记为a溶液；

5、3ml去离子水和20ml乙醇混合，加入0.02 mol六水合硝酸铈，搅拌至固体完全溶解，记为b溶液；

6、b溶液缓慢加入到a溶液中剧烈搅拌1h，然后80℃蒸发30min至溶胶状，放入100℃鼓风烘箱干燥8h，然后在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至350℃空气中煅烧2h后自然降温，得到的固体颗粒即为ticeox；

7、（2）ru胶体溶液的制备：0.15g rucl3固体粉末溶解于50ml 乙二醇c2h6o2中，再加入0.16g naoh固体颗粒，持续搅拌30min待到溶液完全溶解，油浴锅150℃回流3h，最后冷却至室温得到深棕色的ru胶体溶液，ru浓度为1.46mg/ml；

8、（3）ruticeox的制备：步骤（2）所合成的ru胶体溶液1.37ml-5.48ml、步骤（1）制备的ticeox载体400mg和去离子水50ml混合均匀，持续搅拌24h，随后过滤洗涤，60℃干燥24h，最后在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至350℃空气中煅烧2h后自然降温得到ruticeox。

9、步骤（1）中所述稀硝酸为5ml浓硝酸与300ml水混合的稀硝酸。

10、所述ru单原子催化剂ruticeox或利用所述方法制备的ruticeox在氯苯催化氧化去除中的应用，所述ru单原子催化剂ruticeox催化氧化氯苯中，反应焙烧温度≤350℃。

11、进一步的，所述ru单原子催化剂ruticeox催化氧化氯苯中，反应焙烧温度为300℃。

12、本发明中：ceo2中较高的氧活度以及氧在不同温度之间的迁移能力为ru纳米胶重新分散提供了驱动力。形成的ru-o-ce键结合能力较弱，其中的氧物种容易被活化参与反应，且由于ru单原子分散的形态，其产生的氧物种更多，由于贵金属ru所产生的deacon反应，cl物种也不容易附着在催化剂表面导致其失活，所以对cvocs（氯苯）的催化氧化产生了较强的活性和耐受性。

13、在负载贵金属ru时，采用rucl3作为贵金属源，以溶胶凝胶法合成具有丰富强酸位点的双金属氧化物载体ticeox，在空气氛围中通过温度驱动使ru nps在载体上重新裂解分散，在对催化剂焙烧的从而形成单原子分散的ruox与载体弱交互。这种弱交互会随着温度的变化导致ruox与载体的结合发生变化，影响催化剂的活性，所以负载后合适的扩散或者焙烧温度和气氛非常重要；在催化剂的使用过程中，也应配合其前期处理温度，保持催化剂的使用温度在其前期处理温度以内，避免使用温度过高导致贵金属重新聚集影响催化剂活性。

14、本发明所制备的单原子贵金属型催化剂ruticeox，焙烧温度不能高于350℃，较高的焙烧温度会导致催化剂活性降低，催化剂不能在高于350℃的环境中反应，要避免该种情况。

15、现在技术大都为自下而上的方法，以ru离子与载体键合形成单原子分散催化剂，与现有技术相比，本发明制得均一尺寸纳米胶颗粒，再通过浸渍热扩散重新分散纳米颗粒到原子形态，具有制备过程可控，易于实现大规模制备的特点。

技术特征：

1.一种ru单原子催化剂ruticeox，其特征在于：所述ruticeox为贵金属ruox与催化剂组分ticeox双金属载体互相结合，ruox以原子级分散的状态负载于ticeox载体上，ruox与载体形成弱交互作用；其中：ruox中x为2-3。

2.制备权利要求1所述ru单原子催化剂ruticeox的方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述稀硝酸为5ml浓硝酸与300ml水混合的稀硝酸。

4.权利要求1所述ru单原子催化剂ruticeox或利用权利要求2所述方法制备的ruticeox在氯苯催化氧化去除中的应用，其特征在于：所述ru单原子催化剂ruticeox催化氧化氯苯中，反应焙烧温度≤350℃。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述ru单原子催化剂ruticeox催化氧化氯苯中，反应焙烧温度为300℃。

技术总结
本发明属于化学催化剂合成及应用技术领域，提供了一种Ru单原子催化剂及其热扩散法制备方法和在氯苯催化氧化去除中的应用。所述RuTiCeO<subgt;x</subgt;为贵金属RuO<subgt;x</subgt;与催化剂组分TiCeO<subgt;x</subgt;双金属载体互相结合，RuO<subgt;x</subgt;以原子级分散的状态负载于TiCeO<subgt;x</subgt;载体表面，RuO<subgt;x</subgt;与载体形成弱交互作用。催化剂RuTiCeO<subgt;x</subgt;极易受到焙烧温度的影响，在高于350℃时，其对氯苯的催化活性会降低；该方法在合成单原子催化剂制备过程可控，易于实现批量化制备；通过在反应过程中氯苯的转化率、CO<subgt;2</subgt;的矿化率以及耐受性测试可以看出该催化剂在≤350℃具有较强的活性和耐受性。

技术研发人员：陈曦,梁美生,贾子良,王梦雪
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23